(57)【要約】【課題】ハイドロゲルの塊状物を容易に粒状に破砕する方法を提供する。【解決手段】カルボキシメチルセルロースと水とを混合して得たペースト状物に放射線を照射し、ハイドロゲルの塊状物を製造した。このハイドロゲルの塊状物を、スクリュー３に形成された螺旋状溝の幅よりも小さく予備細断し、得られたハイドロゲル細断片１０を押出し機１に投入して押出しを行った。押出し機１で細かく破砕されたハイドロゲル粒状物１１を乾燥して、ハイドロゲルの粒状乾燥物を得た。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
網目状に架橋した高分子化合物が多量の水を含んでなるハイドロゲルの塊状物を、スクリュー押出し機に投入して押出し、粒状に破砕することを特徴とするハイドロゲルの粒状化方法。
【請求項２】
前記ハイドロゲルの塊状物を予備細断してから前記スクリュー押出し機に投入することを特徴とする請求項１に記載のハイドロゲルの粒状化方法。
【請求項３】
前記ハイドロゲルの塊状物を、前記スクリュー押出し機のスクリューに形成された螺旋状溝の幅よりも小さく予備細断することを特徴とする請求項２に記載のハイドロゲルの粒状化方法。
【請求項４】
前記高分子化合物がカルボキシメチルセルロース及びカルボキシメチルデンプンの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイドロゲルの粒状化方法。
【請求項５】
網目状に架橋した高分子化合物が多量の水を含んでなるハイドロゲルの塊状物を、予備細断して多数の細断片とし、これをスクリュー押出し機に順次投入して前進させることにより、前記細断片に剪断力と圧縮力を与え、これにより前記細断片を破砕してさらに細かくするとともに、前記細断片の表面に多数の微細な割れを生じさせ、次いでこれを前記スクリュー押出し機の前端に設けたダイスから押し出して、圧縮状態でダイス孔よりも小さい粒状に破砕することを特徴とするハイドロゲルの粒状化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイドロゲルの塊状物を粒状に破砕する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多量の水を含んだゲル状物であるハイドロゲルは、例えば以下のようにして製造される。すなわち、水溶性の高分子化合物と水とを混合して得たペースト状物に放射線を照射すると、高分子化合物が網目状に架橋してハイドロゲルが生成する。このハイドロゲルから水分を除去した乾燥物は、極めて優れた吸水性を有していて、自己体積の数百倍の水を吸収することができる。また、吸収した水の保持性が優れており、多少の圧力が加えられてもハイドロゲルから水が抜け出ることはない。
【０００３】
このような性質を有していることから、ハイドロゲル及びその乾燥物は吸水材，保水材等として使用されている。例えば、使い捨てオムツの吸水材、農業分野の土壌改良剤、家畜等の糞尿の処理剤の他、医療用品としても使用されている。
【特許文献１】特開２００１−３２９０７０号公報
【特許文献２】特開２００３−４８９９７号公報
【特許文献３】特開２００４−５９９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のような方法でハイドロゲルを製造すると、通常はハイドロゲルの大きな塊状物が得られる。前述のような用途で使用するためには、ハイドロゲル及びその乾燥物は細かい粒状又は粉状とする必要があるが、ハイドロゲルは靱性が高く、弾力性や粘着性を有しているため、刃物や細断機等の通常の方法で必要な大きさに細断することは容易ではなかった。
【０００５】
ハイドロゲルの塊状物を乾燥させて弾力性をなくし、破砕機や粉砕機を用いて粒状や粉状とすることもできるが、大きな塊状物を十分に乾燥するには高温や長時間を要するため、生産効率に問題があった。また、ハイドロゲルの乾燥物は非常に硬く容易には破砕できないため、破砕や粉砕に長時間を要するという問題や、破砕機，粉砕機に不具合や破損が生じる心配があるという問題があった。
そこで、本発明は前述のような従来技術が有する問題点を解決し、ハイドロゲルの塊状物を容易に粒状に破砕する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のハイドロゲルの粒状化方法は、網目状に架橋した高分子化合物が多量の水を含んでなるハイドロゲルの塊状物を、スクリュー押出し機に投入して押出し、粒状に破砕することを特徴とする。
また、本発明に係る請求項２のハイドロゲルの粒状化方法は、請求項１に記載のハイドロゲルの粒状化方法において、前記ハイドロゲルの塊状物を予備細断してから前記スクリュー押出し機に投入することを特徴とする。
【０００７】
さらに、本発明に係る請求項３のハイドロゲルの粒状化方法は、請求項２に記載のハイドロゲルの粒状化方法において、前記ハイドロゲルの塊状物を、前記スクリュー押出し機のスクリューに形成された螺旋状溝の幅よりも小さく予備細断することを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項４のハイドロゲルの粒状化方法は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイドロゲルの粒状化方法において、前記高分子化合物がカルボキシメチルセルロース及びカルボキシメチルデンプンの少なくとも一方であることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る請求項５のハイドロゲルの粒状化方法は、網目状に架橋した高分子化合物が多量の水を含んでなるハイドロゲルの塊状物を、予備細断して多数の細断片とし、これをスクリュー押出し機に順次投入して前進させることにより、前記細断片に剪断力と圧縮力を与え、これにより前記細断片を破砕してさらに細かくするとともに、前記細断片の表面に多数の微細な割れを生じさせ、次いでこれを前記スクリュー押出し機の前端に設けたダイスから押し出して、圧縮状態でダイス孔よりも小さい粒状に破砕することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のハイドロゲルの粒状化方法によれば、ハイドロゲルの塊状物を容易に粒状に破砕することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係るハイドロゲルの粒状化方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、ハイドロゲルの製造方法について説明する。カルボキシメチルセルロース（カルボキシル基の水素をナトリウムで置換したもの）と水（純水，イオン交換水，蒸留水が好ましい）とを攪拌機に投入し、十分に混合してペースト状とする。このペースト状物を板状の型（例えば幅３００ｍｍ，長さ４５０ｍｍ，厚さ４０ｍｍ）に流し込み、常温で放射線を照射すると、線状の高分子化合物であるカルボキシメチルセルロースが架橋反応を起こして網目状構造を形成し、水に不溶性のハイドロゲルとなる。ハイドロゲルは水を多量に含んでおり、この水は多少の圧力が加えられても抜け出ることはない。
【００１１】
高分子化合物の混合割合は特に限定されるものではないが、全体の１０〜６０質量％が好ましく、５０〜６０質量％がより好ましい。高分子化合物の混合割合が多すぎると水が均一に分散しにくくなり、逆に少なすぎると架橋反応が生じにくくなったりハイドロゲル中に水を保持しきれなくなるおそれがある。
また、高分子化合物の種類は、ハイドロゲルを形成可能な水溶性の高分子化合物ならばカルボキシメチルセルロースに限定されるものではなく、カルボキシメチルデンプン，ポリアクリル酸ナトリウム，アクリルアミド，ポリビニルアルコール，ポリエチレンオキサイド，ポリビニルピロリドン等も使用可能である。ただし、カルボキシメチルセルロース及びカルボキシメチルデンプンは生分解性を有しているので、土壌中に埋設処理した場合に分解して土壌中に残留しないという長所がある。
【００１２】
さらに、高分子化合物の分子量（架橋前の分子量）は特に限定されるものではないが、通常は数百から数万のものが使用される。
さらに、ハイドロゲルには、所望によりデンプン等の添加剤を混合しても差し支えない。添加剤を混合する場合には、高分子化合物と添加剤と水とを混合してペースト状とし、放射線を照射してハイドロゲルを生成させる。なお、カルボキシメチルセルロース又はカルボキシメチルデンプンにデンプンを併用する場合には、カルボキシメチルセルロース又はカルボキシメチルデンプン１００質量部に対して、２０〜４００質量部のデンプンを用いることが好ましく、１００質量部用いることがより好ましい。
【００１３】
さらに、放射線の種類は特に限定されるものではないが、ガンマ線，電子線，Ｘ線等が好ましい。ハイドロゲルを工業的に生産することを考慮すると、コバルト６０を線源とするガンマ線や加速器を線源とする電子線が特に好ましい。
さらに、放射線の照射量は、架橋反応が生じてハイドロゲルが形成されるならば特に限定されるものではないが、通常は０．１〜１０００ｋＧｙであり、好ましくは５〜１０ｋＧｙである。照射量が少ないと、架橋反応が不足して水の保持性が不十分となるおそれがある。一方、照射量が多すぎると、架橋反応が過剰となる場合がある。
なお、架橋反応は放射線により生じさせることが好ましいが、高分子化合物の種類等によっては熱や化学薬品により生じさせることも可能である。
【００１４】
次に、ハイドロゲルの粒状化方法について説明する。ハイドロゲルの粒状化は、図１に示すようなスクリュー押出し機によって行う。スクリュー押出し機の種類，大きさ等は特に限定されるものではなく、例えば一軸押出し機でもよいし二軸押出し機でもよい。また、スクリューの形状も特に限定されるものではなく、ハイドロゲルやその乾燥物の用途に応じた大きさに破砕できるようなスクリューを選択するとよい。
【００１５】
ハイドロゲルを押出し機に投入する際には、ハイドロゲルが押出し機に安定的に供給されるように、前記型から取り出した板状のハイドロゲル（塊状物）を予め細断し、細断されたハイドロゲルを投入することが好ましい。押出し機の種類やハイドロゲルの性状によっては、細断せず塊状物のままでも多少は押出し機に供給される場合もあるが、ハイドロゲルが押出し機に安定的に供給されるようにするためには、通常は予備細断を行うことが好ましい。
【００１６】
予備細断においては、スクリューに形成された螺旋状溝の幅（ホッパーが取り付けられたシリンダーの開口部に露出している部分、すなわちハイドロゲルが投入される部分に形成されている螺旋状溝の幅）よりも小さくハイドロゲルを細断することが好ましい。通常は、一辺が１５〜２０ｍｍ程度の直方体に細断する。そうすれば、ハイドロゲル細断片がスクリューの螺旋状溝内に入り込むため、ハイドロゲル細断片がスクリューによって安定的に押出し機内に送り込まれる。
【００１７】
ハイドロゲルの細断方法は特に限定されるものではないが、ハイドロゲルは高靱性，高弾性，高粘着性を有するため、効率良く細断するためにはハイドロゲルに強い剪断力が作用するような方法が好ましい。例えば、刃を上下に動かすギロチン式や回転刃式やハサミ式が好ましい。前後に刃を動かすカッター式は、ハイドロゲルが粘着性を有するため細断しにくい。
【００１８】
なお、ハイドロゲル細断片の形状や大きさは、必ずしも揃っている必要はない。また、ハイドロゲル細断片が小さいほどスクリューへの噛み込みがよく、押出し時間を短縮できるが、通常の切断方法でハイドロゲルを細かく切断することは容易ではないので、両者のバランスを考慮してハイドロゲル細断片の大きさを決定するとよい。
このようにして細断したハイドロゲル細断片１０を押出し機１のホッパー２に投入し、押出しを行う。その際には、加熱や冷却をしなくても差し支えない。ハイドロゲル細断片１０はスクリュー３によりシリンダー４内を送られて、スクリュー３とシリンダー４の内壁との間で剪断力と圧縮力を受けて破砕される。
【００１９】
詳述すると、ハイドロゲル細断片１０はスクリュー３の先端に近づくにしたがって過密になっていくので、スクリュー３とハイドロゲル細断片１０との間、シリンダー４とハイドロゲル細断片１０との間、及びハイドロゲル細断片１０同士の間に生じた圧力と摩擦力により、ハイドロゲル細断片１０は強い剪断力と圧縮力とを受け、次第に細かく破砕されつつダイス５の手前の室６に送られる。前記の破砕と同時に、表面に多数の微細な割れが生じる。
【００２０】
ダイス５の手前の室６に送られたハイドロゲル細断片１０は、後続のハイドロゲル細断片１０によりさらに圧縮され揉まれて前記の割れの発生と破砕が進行し、この状態でダイス孔５ａから出される。ハイドロゲル細断片１０は、スクリュー３を通過してダイス５の手前まで送られた段階でほぼ十分に破砕されているが、圧縮された状態でもダイス孔５ａの直径よりも大きいハイドロゲル細断片１０は、ダイス孔５ａを通過する際にさらに破砕され細かくなる。そして、ダイス孔５ａから出ると、殆どのものはひも状の連続した形状とはならずに、適当な長さで自然に切れて粒状（ハイドロゲル粒状物１１）となり、一部は２０ｍｍ程度の長さのものもあるが、表面に多数の割れがあるためボロボロと切れて細かくなる。
【００２１】
押出し機１内ではハイドロゲルに高い圧力が作用しているが、ダイス孔５ａから出ると圧力が開放されるためハイドロゲルが膨張し、前記の割れが原因で表面がささくれ立ったような形状となる。このように、押出し機１で破砕されたハイドロゲル粒状物１１は、大きさもまちまちな不定形である。また、表面がささくれ立ったような形状であるため、表面積が大きい。よって、この後の乾燥工程において乾燥しやすく、低温，短時間でも乾燥が可能となる。また、ハイドロゲルの乾燥物に吸水させる際においても、表面積が大きいことから吸水しやすくなり有利となる。
【００２２】
ただし、高温且つ高風速による乾燥が効率的である。特に、高風速によってハイドロゲル粒状物１１を撹拌しつつ乾燥することによって、粘着性を有するハイドロゲル粒状物１１同士の接着を防止しつつ乾燥させることが好ましい。
なお、ダイス孔５ａの直径は特に限定されるものではなく、目的とするハイドロゲル粒状物１１の大きさにより適宜設定するとよい。通常は、１．８〜３ｍｍ程度である。また、スクリュー３の回転速度を上げると破砕処理速度も向上するが、ダイス孔５ａにおける押出し状態はほとんど変わりがない。
さらに、ハイドロゲルの粒状化には押出し機が最適であるが、ハイドロゲルに強い剪断力と圧縮力を加えて必要な大きさに破砕できるならば、他の装置を用いることも可能である。例えば、ヘンシェルミキサーやボールミルがあげられる。
【００２３】
次に、このようにして得られたハイドロゲル粒状物１１を、含水率が１０％以下となるまで乾燥して、３〜６ｍｍ程度の大きさの粒状乾燥物を得る。乾燥条件の一例を示すと、温度７０〜１３０℃、気流の風速７ｍ／ｓ、乾燥時間５〜３０ｍｉｎである。
なお、得られたハイドロゲルの粒状乾燥物を、破砕機や粉砕機を用いてさらに細かい粒状や粉状とすることもできる。小さい粒状の乾燥物であることから、破砕や粉砕が容易で、比較的短時間で細かい粒状物や粉体を得ることができる。また、破砕機，粉砕機に不具合や破損が生じる心配はほとんどない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るハイドロゲルの粒状化方法の一実施形態を説明する押出し機の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      押出し機
２      ホッパー
３      スクリュー
４      シリンダー
５      ダイス
５ａ    ダイス孔
１０      ハイドロゲル細断片
１１      ハイドロゲル粒状物
【図１】
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